嵌入式屏幕色彩開(kāi)發(fā)

　　還記得此前的“藍黑白金裙”之爭嗎?這個(gè)分歧源于我們的眼中用來(lái)分辨顏色的錐狀細胞的差異，而人機界面中“藍黑白金裙”之爭同樣存在，這是什么原因?本文為你揭秘，并從色彩角度為大家介紹人機交互界面的設計。

　　我們這樣看著(zhù)世界

　　人們都知道，把大象放進(jìn)冰箱需要三步，而人眼把世界放進(jìn)大腦也可簡(jiǎn)單分為三步：

　　1.眼球感應到像(傳感器采集并轉換成數字信號)

　　2.轉成神經(jīng)信號傳到大腦(通過(guò)通訊系統將信號傳到處理器)

　　3.大腦處理并存放(處理器轉化成屏幕可顯示與存儲的格式)

　　圖1 人類(lèi)視覺(jué)系統

　　所以，人眼開(kāi)始看到的圖像格式由光信號轉化成了神經(jīng)中的電信號與化學(xué)信號，傳播格式已經(jīng)不同了，同樣，機器也是要轉換的。

　　一、大腦里的格式——RGB圖像格式

　　首先，屏幕是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)組成的，里面絢麗的色彩也就只是出自像素點(diǎn)上紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)三原色而已，這種色彩的表示方法稱(chēng)為RGB色彩空間表示(它也是多媒體計算機技術(shù)中用得最多的一種色彩空間表示方法)，如下圖所示：

　　圖2 三基色圖

　　根據三基色原理，任意一種色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。如公式1.1所示。

　　公式 1.1 三基色原理

　　白光是多種光的混合，所以當三基色系數最大時(shí)為白色，零時(shí)為黑色，而介于兩者間的就是世間百色了。

　　每個(gè)像素點(diǎn)就像一個(gè)顏料盒，盒子越大，裝的色彩種類(lèi)越多，則這個(gè)像素點(diǎn)能表達的色彩越豐富，而這個(gè)盒子的大小在電腦里叫做存儲空間，調色的方式則是改變三原色含量，下面的表越往下，所需要的存儲空間越大，但每個(gè)像素點(diǎn)能描述的顏色越準確，屏幕的畫(huà)面也就越逼真。

　　RGB常見(jiàn)的格式如表1所示，不用詳細看，留著(zhù)以后查就好。

　　表1 RGB常見(jiàn)格式

　　二、眼球上的格式——YUV圖像格式

　　我們存儲的時(shí)候為了節約空間、方便打包就用了亮度信號Y和兩個(gè)色差信號R-Y(紅色-亮度，即U)、B-Y(藍色-亮度，即V)分別進(jìn)行編碼，然后發(fā)出去，到了顯示終端再轉換回RGB格式，這種色彩的表示方法就是所謂的YUV色彩空間表示。

　　這時(shí)候也許你會(huì )問(wèn)“咦，G(綠色)哪去了”，其實(shí)兩種顏色加亮度也能通過(guò)算法大致表達出原本的顏色，所以就算是融合進(jìn)R和B里了。

　　與RGB視頻信號傳輸相比，YUV最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬(RGB要求三個(gè)獨立的視頻信號同時(shí)傳輸)，兩種格式對帶寬的占用量噸位差異如下圖一般，RGB占用的帶寬要大得多。

　　圖3 RGB格式帶寬比YUV高

　　難道只為了省點(diǎn)帶寬所以我們就義無(wú)反顧選擇了YUV格式嗎?當然不是!雖然低帶寬很關(guān)鍵，但是色彩也至關(guān)重要。

　　采用YUV色彩空間更重要在于它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的，這樣分開(kāi)的好處就是不但可以避免相互干擾，還可以降低色度的采樣率而不會(huì )對圖像質(zhì)量影響太大。如果U、V為零，就沒(méi)有顏色，變成黑白電視了。當然，Y也是一個(gè)重要參數，其實(shí)平時(shí)我們看一個(gè)顏色深淺是很不一樣的，而深淺取決于亮度Y，Y的影響如下圖示。

　　圖4 明度變化圖

　　下面先介紹一種YUV格式，大家觸類(lèi)旁通。

　　YUV 4:2:2：

　　?“4”代表存放流碼中有4個(gè)Y;

　　?“2”表示存放流碼中有2個(gè)U色差值;

　　?第二個(gè)“2”表示存放流碼中有2個(gè)V色差值。

　　下面的四個(gè)像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出像素點(diǎn)為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　圖5 YUV采樣網(wǎng)絡(luò )

　　上圖是YUV4:2:2的采樣網(wǎng)絡(luò )，燈光樣例(Y)用叉表示，色度樣例(U、V)則用圈表示。每個(gè)點(diǎn)都有叉，而圈只有一半，所以這就是為什么上面的存放流碼四個(gè)Y齊全，而U、V只有一半。

　　三、交互界面的開(kāi)發(fā)

　　圖像的開(kāi)發(fā)主要是為了人機交互界面的美觀(guān)度，目前人機交互界面的設計emWin與QT。使用QT/E往往需要在微控制器上運行嵌入式操作系統，因此對于MCU的性能有一定的要求。除此之外，若之前未接觸過(guò)QT/E，運用起來(lái)將花費一定的時(shí)間成本。相比之下，emWin更適合于快速、精簡(jiǎn)UI的開(kāi)發(fā)，但界面交互效果與美觀(guān)度較低。

　　圖6 emWin_Demo

　　ZLG致遠電子歷時(shí)12年開(kāi)發(fā)的下一代嵌入式開(kāi)發(fā)平臺AWorks平臺，內部集成GUI編程框架——AWUI，AWUI目前支持Qt和emWin，用Designer編輯界面，用C++開(kāi)發(fā)ViewModel/Model，讓開(kāi)發(fā)者無(wú)需學(xué)習Qt和emWin的API最終的應用程序可以在Qt和emWin(要確保emWin上支持該控件)上運行。

　　基于A(yíng)WUI，ZLG計劃年內推出適用范圍更廣、更好用的AWTK。AWTK內部包含豐富的GUI組件，突破性的開(kāi)創(chuàng )“拖拽式”GUI編程模式，大幅提升GUI編程的高效性。搭配良好的設計架構，兼具emWin低內存流暢運行與Qt高質(zhì)量界面效果等特點(diǎn)，保證交互界面的流暢性與運行穩定性，使嵌入式UI開(kāi)發(fā)將會(huì )以組件的方式集成于AWorks平臺中，可在該平臺下快速實(shí)現交互界面開(kāi)發(fā)。

　　圖7 AWUI發(fā)展計劃

　　圖8 AWorks中的UI框架

　　ZLG致遠電子M1052跨界核心板支持AWorks嵌入式開(kāi)發(fā)平臺，既具備MPU的強勁處理性能，又兼顧MCU微控制器的簡(jiǎn)單易用與實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)勢!預裝AWorks 實(shí)時(shí)操作系統，面向智能硬件與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向應用設計。

　　M335x-T工業(yè)核心板